Способ прокладки подземного трубопровода

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении магистральных трубопроводов на уклонах трассы в условиях льдистых многолетнемерзлых грунтов, подверженных оползанию при оттаивании. Способ осуществляется следующим образом. На дно подготовленной траншеи укладывают трубопровод, перекрывают его, дно, боковые поверхности и берму траншеи гибким ковром, засыпают грунт с заданными характеристиками до уровня верхней образующей трубопровода, разворачивают гибкий ковер по плоской поверхности засыпки, затем создают грунтозадерживающие перегородки из грунта с заданными характеристиками, перекрывают перегородки и промежутки между ними гибким ковром, после чего грунтом из отвала засыпают промежутки между перегородками, одновременно формируя наружный валик засыпки. Технический результат - исключение всплытия и размыва подземного трубопровода на уклонах трассы в условиях оползающего льдистого грунта, которое достигается за счет повышения его устойчивости в траншее от возможного сдвига массива вдоль по уклону. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении магистральных трубопроводов на уклонах трассы в условиях льдистых многолетнемерзлых грунтов, подверженных сползанию при оттаивании.

Известен способ прокладки подземного трубопровода на обводненных участках с продольным уклоном, на которых используют грунтонесущие гибкие полотнища, укладываемые с разрывами по длине участка, а «карманы», образованные полотнищами для засыпки грунта, отделяют друг от друга перемычками в виде грунтовых водоупорных засыпок или плоских перегородок из гибкого синтетического материала (а.с. СССР №1038679, МПК⁴ F16L 1/02, опубл. 15.11.1987). Недостаток указанного способа состоит в том, что водоупорная засыпка препятствует стоку воды в пределах траншеи, а это неизбежно приведет к водной эрозии стенок траншеи при ее оттаивании и выносу балласта в массив оттаявшего грунта вне траншеи, в результате чего возможно всплытие трубопровода. Плоская перегородка из полотна не может служить надежной преградой для сдерживания массива сползающего грунта при оттаивании в объеме траншеи.

В качестве прототипа к заявленному техническому решению выбран способ прокладки подземного трубопровода (а.с. СССР №1732104, МПК⁵ F16L 1/028, опубл. 07.05.1992), в соответствии с которым уложенный в траншею трубопровод засыпают грунтом с формированием перегородок периодического, переменного по высоте траншеи и плоского по ее ширине профиля, затем перекрывают трубопровод и перегородки гибким ковровым материалом, после чего траншею окончательно засыпают грунтом.

Недостатком способа по прототипу является недоиспользование балластирующей способности грунта на участках формирования перегородок, на которых гибкие полотнища не охватывают трубопровод в виде «карманов», поэтому надежность балластировки снижается, и в случае низких весовых характеристик грунта возможно всплытие газопровода в обводненной траншее. Кроме того, при использовании в качестве засыпки грунта, вынутого из траншеи, склонного к оползанию при оттаивании, возможен общий сдвиг всего массива вдоль уклона с последующим оголением и всплытием трубопровода.

Задачей изобретения является создание способа прокладки подземного трубопровода, обеспечивающего более надежную его балластировку и повышение устойчивости грунта засыпки в траншее на уклоне трассы.

Техническим результатом изобретения, который проявляется при осуществлении заявляемого способа, является исключение всплытия и размыва подземного трубопровода на уклонах трассы в условиях оползающего льдистого грунта, которое достигается за счет повышения его устойчивости в траншее от возможного сдвига массива вдоль по уклону.

Поставленная задача в способе прокладки подземного трубопровода, заключающемся в раскопке траншеи, укладке в нее трубопровода, создании грунтовых перегородок из грунта засыпки периодического, переменного по высоте траншеи и плоского по ее ширине профиля, перекрытии грунтовых перегородок, стенок траншеи, ее дна и трубопровода гибким ковровым материалом, и засыпке траншеи грунтом, решается тем, что трубопровод, дно и стенки траншеи перекрывают гибким ковровым материалом до засыпки грунтом, причем, засыпают его в траншею по всей длине трубопровода до уровня верхней образующей, затем перекрывают гибким ковровым материалом образованную плоскую поверхность засыпки, после чего создают грунтовые перегородки из грунта засыпки периодического профиля с перекрытием их гибким ковровым материалом и окончательной засыпкой грунтом, причем грунт, перекрываемый гибким ковровым материалом, является балластом с заданными характеристиками, а верхние точки профиля грунтовых перегородок совпадают с уровнем бермы траншеи, при этом в качестве гибкого коврового материала используют нетканый геотекстильный материал.

Сущность способа представлена на фиг.1-3. На фиг.1 изображен продольный разрез траншеи, на фиг.2, 3 - поперечные разрезы на гребне профиля перегородки (фиг.2) и ее впадины (фиг.3).

Способ осуществляется в следующем порядке. На дно подготовленной траншеи укладывают трубопровод 1, перекрывают его дно 2, боковые поверхности 3 и берму 4 траншеи гибким ковром 5, засыпают грунт 6 с заданными характеристиками до уровня верхней образующей трубопровода 1, разворачивают гибкий ковер 7 по плоской поверхности засыпки 6, затем создают грунтозадерживающие перегородки 8 из грунта с заданными характеристиками, перекрывают перегородки 8 и промежутки между ними гибким ковром 9, после чего грунтом 10 из отвала засыпают промежутки между перегородками 8, одновременно формируя наружный валик засыпки 11.

Преимущество изобретения по сравнению с прототипом проявляется в следующем. Балластирующий эффект обеспечивается грунтом засыпки 6 и 8, заключенным в гибкие ковры, а также грунтом засыпки 10, находящимся между задерживающими перегородками. При интенсивном таянии мерзлого грунта 11 легкие пылеватые фракции, находящиеся выше бермы траншеи, будут уноситься вместе с поверхностными водами, более тяжелые будут опускаться вниз на массивы грунта 10, размещенные между перегородками, которые будут препятствовать сдвигу этих массивов по уклону трассы. Гибкий ковер 7 обеспечивает высокое значение коэффициента трения грунта по подошве, предотвращая сдвиги массивов 9 в местах их взаимного контакта. Вода будет дренировать через перегородки 8, а также через гибкие ковры 7, 9 и далее вниз по склону, при этом грунт 10 будет уплотняться и увеличивать балластирующий эффект засыпки. Таким образом, заявленный способ прокладки обеспечивает тройной эффект: балластирующую нагрузку грунта засыпки, фильтрацию обводненного массива грунта с последующим его уплотнением, противоуносный эффект грунтовых перегородок, перекрытых ковровым материалом.

Пример. На участке трассы длиной 100 м с продольным уклоном 5°, сложенном льдистым супесчаным грунтом, склонным к оползанию при оттаивании в пределах глубины траншеи, необходимо проложить газопровод сечением 1420×19 мм.

В качестве гибких ковров используют нетканый синтетический материал (НСМ) типа «Геоком-450» производства ООО «Комитекс» (г.Сыктывкар).

Траншею разрабатывают роторным экскаватором в зимнее время. Сечение траншеи прямоугольное: глубина h=2,4 м; ширина b=3 м. В качестве грунта-балласта для засыпки нижней части траншеи и образования перегородок используют доставленный из карьера крупнозернистый песок со следующими характеристиками в насыпном состоянии: насыпная плотность γ₁=18 кН/м³; удельный вес частиц грунта γ_уд1=26,5 кН/м³; коэффициент пористости ε=0,77; плотность во взвешенном состоянии γ_взв=9,4 кН/м³; угол внутреннего трения φ_гр=25°.

Характеристики грунта, вынутого из траншеи: γ₂=13 кН/м³; γ_уд2=25 кН/м³; ε=1,2; γ_взв2=6,9 кН/м³; φ_гр≅0° (в запас устойчивости). Геометрические характеристики (в усредненных размерах):

а) грунтозадерживающей перегородки: длина по оси трубопровода ℓ_п=2,5 м; ширина поперек оси трубопровода ℓ_ш=3 м; высота h_п=1 м;

б) массива грунта из отвала во впадине: ℓ_о=10 м; ℓ_ш=3 м; h_о=1 м.

Принимаем в расчет вероятность уноса с поверхностной водой обваловки 11, расположенной над уровнем бермы траншеи (см. фиг.1). Определяем усредненную балластирующую способность q_гр.ср грунта засыпки балласта и оставшегося грунта из отвала между грунтозадерживающими перегородками в условиях полного обводнения по формуле:

где q_гр1 - удерживающая способность грунта-балласта, кН/м;

q_гр2 - удерживающая способность грунта из отвала, кН/м;

∑ℓ_п - суммарная длина перегородок, м;

∑ℓ_о - суммарная длина участков засыпки между перегородками, м.

Значения q_гр1 и q_гр2 определяем по формуле:

где D_н - наружный диаметр трубопровода, м;

h_o - расстояние от оси трубопровода до верха засыпки, м;

γ_взв.ср=0,5(γ_взв1+γ_взв2) - усредненная плотность грунта на участках между перегородками, кН/м³;

γ_взв2 - плотность грунта из отвала, кН/м³.

Условие обеспечения устойчивости против всплытия имеет вид:

где q_в=0,25πD_нρ_вg - выталкивающая сила воды в расчете на 1 м длины трубопровода, кН/м;

- распределенный вес трубопровода, кН/м;

ρ_ст - плотность стали, кг/м³.

Подставляя исходные данные в формулы (1-4) и учитывая, что ∑ℓ_р=2,5·8=20 м, ∑ℓ_о=10·8=80 м, h₀=1,71 м, ρ_в=1000 кг/м³, к_н.в.=1,05, получаем следующие результаты:

;

;

;к_н.в.·q=1,05·0,25·3,14·1,42²·1000·9,81=16,3 кН/м;

q_тр=0,25·(1,42²-1,382²)·3,14·7850·9,81=6,4 кН/м.

Условие (4), имеющее вид 15,5≥(16,3-6,4) или 15,5≥9,9, соблюдается, поэтому устойчивость участка против всплытия обеспечена.

Оценим устойчивость грунтовой засыпки против ее сдвига вниз по уклону.

Условие устойчивости имеет вид:

где G₀ - вес грунта засыпки из отвала на участке между перегородками, кН;

α - угол между осью трубопровода и горизонталью, град;

F_п - сила трения по подошве грунтозадерживающей перегородки в предельном состоянии (в момент начала сдвига), кН.

Значения G₀ и F_п определяем по формулам:

Подставляя исходные данные в формулы (6), (7), получим:

G₀=13·1·3·10=390 кН,

F_п=18·1·3·2,5·tg25°=63,0 кH.

Условие (5) имеет вид: 390·sin5°<63 или 34<63.

Таким образом, грунтозадерживающие перегородки удерживают массивы засыпки грунта из отвала от сползания при оттаивании.

В целом предложенный способ прокладки участка трубопровода не требует дефицитных материалов, дорогостоящих конструкций, специальной тяжелой техники, обеспечивает устойчивое положение трубопровода и грунтовой засыпки, тем самым повышает эксплуатационную надежность способа прокладки газопроводов на уклонах местности в условиях льдистых слабонесущих мерзлых пород при их оттаивании.

1. Способ прокладки подземного трубопровода, заключающийся в раскопке траншеи, укладке в нее трубопровода, создании грунтовых перегородок из грунта засыпки периодического, переменного по высоте траншеи и плоского по ее ширине профиля, перекрытии грунтовых перегородок, стенок траншеи, ее дна и трубопровода гибким ковровым материалом и засыпке траншеи грунтом, отличающийся тем, что трубопровод, дно и стенки траншеи перекрывают гибким ковровым материалом до засыпки грунтом, причем, засыпают его в траншею по всей длине трубопровода до уровня верхней образующей, затем перекрывают гибким ковровым материалом образованную плоскую поверхность засыпки, после чего создают грунтовые перегородки из грунта засыпки периодического профиля с перекрытием их гибким ковровым материалом и окончательной засыпкой грунтом, причем грунт, перекрываемый гибким ковровым материалом, является балластом с заданными характеристиками, а верхние точки профиля грунтовых перегородок совпадают с уровнем бермы траншеи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибкого коврового материала используют нетканый геотекстильный материал.